磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)的結(jié)構(gòu)及工作原理

2016-03-09 真空技術(shù)網(wǎng) 真空技術(shù)網(wǎng)整理

  磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)屬于衰減型黏滯性真空計(jì),是基于磁懸浮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的衰減與其周圍氣體分子所產(chǎn)生的外摩擦有關(guān)的原理制成的。依據(jù)轉(zhuǎn)子懸浮方式的不同,磁懸浮真空計(jì)可分為非對(duì)稱型和對(duì)稱型兩種型式。前者利用作用在轉(zhuǎn)子上的螺旋線圈的磁力與轉(zhuǎn)子自重之間的平衡,使轉(zhuǎn)子懸浮在預(yù)定的高度;后者利用永久磁鐵的強(qiáng)磁力懸浮轉(zhuǎn)子,完全可以忽略轉(zhuǎn)子自重。對(duì)稱型結(jié)構(gòu)已被西歐各國(guó)推薦為計(jì)量部門互校用傳遞副標(biāo)準(zhǔn)。下面僅就非對(duì)稱型結(jié)構(gòu)介紹磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)的工作原理。

  非對(duì)稱型磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。除了用于磁懸浮轉(zhuǎn)子的螺旋線圈2外,在真空室下邊還設(shè)置一敏感線圈5,通過伺服電路控制螺旋線圈2的電流,使轉(zhuǎn)子懸浮在預(yù)定高度。在真空室兩側(cè)的一對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈3產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以每秒200~400轉(zhuǎn)的速度自轉(zhuǎn)。雖然轉(zhuǎn)子在給定的垂直位置會(huì)自動(dòng)地趨向磁場(chǎng)最強(qiáng)處(一般在垂直對(duì)稱軸上),但若受外界擾動(dòng),轉(zhuǎn)子將圍繞軸作水平振動(dòng)。圖中緊鄰真空室下方的阻尼鋼針6可使這種振動(dòng)衰減。

非對(duì)稱型磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)結(jié)構(gòu)

圖 非對(duì)稱型磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)結(jié)構(gòu)

  這種真空計(jì)是基于氣體分子對(duì)自由旋轉(zhuǎn)鋼球的減速作用而工作的。當(dāng)鋼球被驅(qū)動(dòng)線圈的磁場(chǎng)從靜止加速到每秒400轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速之后,停止驅(qū)動(dòng)場(chǎng),由于氣體分子摩擦的積分作用引起鋼球自轉(zhuǎn)速度衰減,其轉(zhuǎn)速衰減與氣體壓力p有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

  假如磁支撐及外界因素產(chǎn)生的摩擦與氣體摩擦相比較可以忽略的話,在真空室內(nèi)氣體分子的平均自由程大于轉(zhuǎn)子的特征尺寸時(shí),可以導(dǎo)出氣體壓力p為

非對(duì)稱型磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)結(jié)構(gòu)

非對(duì)稱型磁懸浮轉(zhuǎn)子真空計(jì)結(jié)構(gòu)

  由于入射氣體分子到達(dá)轉(zhuǎn)子表面之后,要在表面上停留一定時(shí)間,離開表面時(shí)分子已失去了方向記憶性而遵守余弦定律,因此,vT′≈0,σ ≈1。測(cè)試表明,對(duì)于各種惰性氣體(He、Ne、Ar、Kr,Xe)和活性氣體(H2、O2、CO、CO2、CH4),σ值均為1.03左右,真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)覺得可以認(rèn)為 σ與氣體成分無(wú)關(guān)。

  由公式3 -6可知,只要測(cè)得不同時(shí)刻的轉(zhuǎn)速ω,就能計(jì)算出壓力p。近年來(lái)采用小型感應(yīng)線圈檢測(cè)轉(zhuǎn)速ω,通過微處理機(jī)直接處理和顯示p值。